NL2002126C2 - Diffusie-oven en werkwijze voor de temperatuurgeleiding. - Google Patents

Description

Diffiisie-oven en werkwijze voor de temperatuurgeleiding

Beschrijving 5

[0001] De uitvinding heeft betrekking op een difiusie-oven bestaande uit een reactie-kamer, die door een reactiebuis wordt omsloten, een buitenomhulsel, dat de reactiebuis omsluit, verwarmingselementen, die tussen de reactiebuis en het buitenomhulsel zijn aangebracht, middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis, middelen voor het 10 afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel, middelen voor het produceren van een vacuüm alsmede middelen voor het toevoeren van een reactiegas of reactiegasmengsel in de rcactickamcr.

[0002] De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een diffusie-oven ingebrachte substraten, waarbij substra- 15 ten in de reactiekamer van een diffusie-oven worden ingebracht, de difiusie-oven vervolgens wordt afgesloten, geëvacueerd, met een gas of gasmengsel wordt gevuld, een gekozen druk onder atmosfeerdmk wordt ingesteld, wordt opgewarmd en waarbij tijdens een reactietijd een reactiegas of reactiegasmengsel wordt toegevoerd.

[0003] Dergelijke difiusie-ovens worden voor veel processen bij de halfgeleiderver-20 vaardiging zoals bijvoorbeeld diffusie, oxidatie, LPCVD-processen (Low Pressure Chemical

Vapor Deposition) en voor de dotering van zonnecellen toegepast.

[0004] Bij een thermisch geïnduceerd gasfasediffusieproces bestaat het doel er bijvoorbeeld uit om chemische reacties op het oppervlak van substraten uit te voeren.

[0005] Difiusie-ovens bestaan meestal uit houdersystemen met een groot volume voor 25 de opname van meerdere substraten, die als een stapel ingericht kunnen worden en zijn vaak met een inrichting voor het produceren van een vacuüm verbonden. Verder zijn dcrgclijkc diffusie-ovens voorzien van verwarmingselementen, die voor de gerichte opwarming respectievelijk temperatuurgeleiding van de substraten in de reactiekamer geschikt zijn. Deze verwarmingselementen zijn vaak in de zone tussen het buitenomhulsel en de reactiebuis van 30 de diffusie-oven op zodanige wijze aangebracht, dat deze de substraten door de daardoor geproduceerde straling verwarmen.

[0006] In speciale difiusie-ovens, waarin reactiegassen worden toegepast, die agressief reageren met metaaloppervlakken, wordt als bouwmateriaal voor de reactiekamer een kwarts 2 toegepast. Een dergelijke, bijvoorbeeld uit kwartsglas bestaande reactiekamer, maakt het mogelijk, dat de warmtestraling van de buiten de reactiekamer aangebrachte verwarmingselementen de substraten onbelemmerd bereikt en deze verwarmt.

[0007] Een tijdens de uitvoering van een thermische werkwijze mogelijk verloop in de 5 diffiisie-oven omvat bijvoorbeeld, dat de in de difiusie-oven aangebrachte substraten aan een bepaald temperatuurregime, dit wil zeggen een bepaald temperatuur-tijd-vcrloop worden blootgesteld. Hiervoor worden de substraten in eerste instantie door inschakelen van de verwarmingselementen in een eerste opwarmfase verwarmd en op een bepaald eerste tempe-ratuumiveau gebracht. De substraten worden gedurende de periode van een eerste gespecifi-10 ceerde reactietijd op die temperatuur gehouden. Vervolgens kan de temperatuur van de substraten tot een verder tweede temperatuumiveau omhoog worden gebracht en gedurende de periode van een tweede reactietijd worden gehouden op die temperatuur. Na aflopen van de reactietijd of van de reactietijden van de thermische werkwijze worden de substraten afgekoeld.

15 [0008] Bij de uitvoering van dergelijke werkwijzen in een diffusie-oven moeten de temperatuurverschillen zowel op een substraat zelf als ook tussen meerdere in een substraat-stapel of substraatpakket aangebrachte substraten binnen een tolerantiebereik liggen, omdat anders ongelijke kwalitatieve resultaten ontstaan.

[0009] Een nadeel van de bekende stand van de techniek bestaat eruit, dat de benodig-20 de hoeveelheid tijd voor het opwarmen van de in de reactiekamer ingebrachte substraten door de verwarmingselementen als ook voor het afkoelen van de substraten na de uitvoering van de gasdiffiisiewerkwijze groot is.

[0010] De uitvinding beoogt zodoende een diffusie-oven en een werkwijze voor de temperatuurgeleiding te verschaffen, waarmee de benodigde hoeveelheid tijd voor het op- 25 warmen en/of afkoelen van de substraten in de reactiekamer wordt gereduceerd.

[0011] Volgens de uitvinding wordt het doel met een difiusie-oven van de in de aanhef genoemde soort bereikt, doordat de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis elk een aansluiting voor een eerste gasleiding hebben, die met een eerste gasom-loopsysteem zijn verbonden en doordat de middelen voor het afsluiten van beide einden van 30 het buitenomhulsel elk een aansluiting voor een tweede gasleiding hebben, die met een tweede gasomloopsysteem zijn verbonden.

[0012] Volgens de uitvinding is er in voorzien om door middel van een eerste gasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de reactiebuis van de diffusie-oven en door middel 3 van een tweede gasomloopsysteem een gerichte gasbeweging in de zone tussen de reactie-buis en het buitenomhulsel van de diflusie-oven te produceren. De gasomloopsystemen zijn steeds als gesloten systemen uitgevoerd, waarbij het eerste gasomloopsysteem bovendien nog geschild is voor vacuüm.

5 [0013] In een uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat het eerste gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende eerste gasgeleidingsinrichting bestaat, die door middel van eerste gasleidingen met de aansluitingen van de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis zijn verbonden.

[0014] Het eerste gasomloopsysteem omvat een aansluiting op de uitgangszijde van de 10 reactiebuis, die door middel van een gasleiding met de ingangszijde van een eerste gasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting is eveneens door een gasleiding met de aansluiting aan de ingangszijde van de reactiebuis verbonden. Zodoende ontstaat een gesloten omloopsysteem, waarin door de eerste gasgeleidingsinrichting een gerichte en bestuurbare gasstroom wordt geproduceerd.

15 [0015] In een verdere uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat het tweede gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende tweede gasgeleidingsinrichting bestaat, die door middel van twee gasleidingen met de aansluitingen van de middelen voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel zijn verbonden.

[0016] Het tweede gasomloopsysteem omvat een aansluiting aan de uitgangszijde van 20 het buitenomhulsel van de diflusie-oven, die door middel van een tweede gasleiding met de ingangszijde van een tweede gasgeleidingsinrichting is verbonden. De uitgangszijde van deze gasgeleidingsinrichting is eveneens door een tweede gasleiding met de aansluiting aan de ingangszijde van het buitenomhulsel van de diflusie-oven verbonden. Zodoende ontstaat een gesloten tweede omloopsysteem, waarin door de tweede gasgeleidingsinrichting eveneens 25 een gerichte en bestuurbare gasstroom wordt geproduceerd.

[0017] In een bijzondere uitvoering van dc uitvinding is erin voorzien, dat dc gasomloopsystemen steeds ten minste een koelinrichting bevatten.

[0018] In beide gasomloopsystemen kunnen koelinrichtingen worden toegepast, die in een afkoelfase het doorstromende gas alkoelen.

30 [0019] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat de koelinrichting een warmtewisselaar is.

[0020] De koelinrichtingen kunnen als warmtewisselaars worden uitgevoerd. Zodoende bestaat de mogelijkheid om de afgevoerde energie voor een ander proces te gebruiken.

4

[0021] In een uitvoering van de inrichting is erin voorzien, dat het eerste gasomloop-systeem een afsluiter aan de ingangszijde en een afsluiter aan de uitgangszijde voor het afsluiten van het gasomloopsysteem omvat.

[0022] Het eerste gasomloopsysteem is voorzien van afsluiters, die een scheiding van 5 het omloopsysteem in verschillende zones mogelijk maken. Met het sluiten van een aan de aansluiting van de ingangszijde van de reactiebuis aangebrachte eerste afsluiter en het gelijktijdig sluiten van een aan de aansluiting van de uitgangszijde van de reactiebuis aangebrachte tweede afsluiter wordt de zone van de reactiekamer van het eerste gasomloopsysteem gescheiden en de reactiekamer gesloten.

10 [0023] In een verdere uitvoering van de inrichting is erin voorzien, dat de gasomloop- systemen een om de koelinrichting of de koelinrichtingen heen gaande bypass omvatten.

[0024] Volgens de uitvinding is het eerste gasomloopsysteem in de zone van de warmtewisselaar zodanig vormgegeven, dat het gas ofwel door de warmtewisselaar heen of daarlangs, door middel van een bypassinrichting, geleid kan worden. Hiervoor zijn in de ingangs- 15 en uitgangszijde van de warmtewisselaar de gasleidingen steeds van een dienovereenkomstige omschakclafsluitcr voorzien en de aftakkingen van deze afsluiters met een bypass-gasleiding met elkaar verbonden.

[0025] Deze bypass-functionaliteit kan bijvoorbeeld aan het begin van een aikoelfase worden gebruikt om een oververhitten en vernielen van de warmtewisselaar te vermijden 20 respectievelijk de vernieling van de substraten als gevolg van te grote temperatuurverschillen tussen substraat en in circulatie gebracht gas te verhinderen.

[0026] In een uitvoeringsvariant is erin voorzien, dat de gasomloopsystemen een verwarming omvatten.

[0027] In een opwarmfase kan door middel van een of meerdere in de gasleidingzone 25 aangebrachte verwarmingen een verwarming van het doorstromende gas worden bewerkstelligd en zodoende de benodigde hoeveelheid tijd voor verwarming worden verkort.

[0028] Volgens de uitvinding wordt het doel met een diffusie-oven, omvattend een reactiekamer met middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiekamer, die steeds een aansluiting voor een gasleiding omvatten en een gasomloopsysteem, waarbij het 30 middel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een uitgangszijde door middel van een eerste gasleiding met een ingangszijde van een gasgeleidingsinrichting voor het produceren van een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer en een uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting door middel van een tweede gasleiding met het middel voor het 5 afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een ingangszijde is verbonden, ook bereikt, doordat in een van de gasleidingen een gasstroomverhitter is aangebracht.

[0029] Voor de verbetering van de besturing van de gastemperatuur en zodoende van het temperatuurverschil ΔΤ tussen ingangs- en uitgangszijde van de reactiekamer wordt het 5 gas in het gasomloopsysteem via een gasstroomverhitter geleid.

[0030] Een positionering van de gasstroomverhitter in een directe nabijheid van de ingangszijde van de reactiekamer heeft het voordeel, dat het door de gasstroomverhitter verhitte gas zich op de verdere baan door de gasleiding en de afsluiter aan de ingangszijde slechts in onaanzienlijke mate afkoelt, de energieverliezen zodoende gering zijn.

10 [0031] Door middel van een dienovereenkomstige besturing van de gasstroomverhitter, die van ten minste een tcmpcratuurscnsor is voorzien, kan de temperatuur van het aan de ingangszijde van de reactiekamer naar binnen stromende gas in een uitvoering van de beschreven diifusie-oven op zodanige wijze worden geregeld, dat een gespecificeerd temperatuurverschil ΔΤ niet wordt overschreden.

15 [0032] In een verdere uitvoering van de beschreven diflusie-oven is erin voorzien, dat de gasstroomverhitter middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom heeft.

[0033] Door deze middelen dient de gasstroom zodanig te worden beïnvloed, dat een verbeterde verwarming van het doorstromende gas ten opzichte van een niet in de stroming daarvan beïnvloede gasstroom optreedt.

20 [0034] De middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom kunnen bijvoorbeeld stromingsgeleidingsplaten zijn.

[0035] Door middel van deze stromingsgeleidingsplaten kan de gasstroom gericht in de stroming daarvan worden beïnvloed.

[0036] In een van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de 25 stromingsgeleidingsplaten zodanig zijn uitgevoerd, dat deze een spiraalvormige beweging van het doorstromende gas door de gasstroomverhitter afdwingen.

[0037] Voor de verbetering van het rendement van de gasstroomverhitter is deze voorzien van dienovereenkomstige stromingsgeleidingsplaten. Doormiddel van deze stromingsgeleidingsplaten wordt een spiraalvormige doorstroming van de gasstroomverhitter 30 afgedwongen. Door deze afgedwongen langere baan door de gasstroomverhitter wordt het rendement ten opzichte van een doorstroming in een langsrichting, dit wil zeggen over de kortste baan, verbeterd.

[0038] De spiraalvormige beweging van het gas wordt door de toepassing van meerde- 6 re op een afstand ten opzichte van elkaar aangebrachte stromingsgeleidingsplaten bereikt. Deze hebben een cirkelvorm, waarbij de diameter zodanig is gedimensioneerd, dat de platen in de gasleiding aangebracht kunnen worden. Elke stromingsgeleidingsplaat heeft een niet centrische opening, bijvoorbeeld in de vorm van een cirkeluitsnijding. De stromingsgelei-5 dingsplaten zijn op dezelfde afstanden parallel ten opzichte van elkaar in de gasstroomverhit-ter aangebracht op zodanige wijze, dat deze steeds over een bepaalde hoek in dezelfde richting ten opzichte van elkaar zijn verdraaid, waarbij de draaihock al naargelang het aantal n van de stromingsgeleidingsplaten volgens 360% bepaald kan worden.

[0039] In een speciale uitvoering van de uitvinding is erin voorzien, dat de gasstroom-10 verhitter meerdere staafVormige en parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte buisver- warmingslichamen omvat.

[0040] Volgens de uitvinding kan de gasstroomverhitter uit meerdere parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte buisvormige verwarmingsstaven zijn opgebouwd. Deze kunnen in een vacuümflens worden gesoldeerd. Op afstanden ten opzichte van de vacuüm- 15 flens en parallel ten opzichte daarvan zijn de stromingsgeleidingsplaten aangebracht, die de verwarmingsstaven voor de verbetering van de stabiliteit fixeren.

[0041] Bij een werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een diffiisie-oven aangebrachte substraten is erin voorzien, dat in een opwarmfase de substraten in de reactiekamer door verwarmingselementen worden verwarmd en een eerste gasom- 20 loop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde van de reactiekamer weer wordt toegevoerd.

[0042] De gestuurde gasomloop in het eerste gasomloopsysteem, die een in de langs-richting van de reactiebuis gerichte gasbeweging in de reactiebuis produceert, heeft een 25 verbetering van de temperatuurhomogeniteit in de reactiekamer en in het bijzonder op en tussen de in de reactiekamer aangebrachte substraten tot gevolg.

[0043] Tn een uitvoering van de werkwijze is erin voorzien, dat een extra verwarming van het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas plaatsvindt.

[0044] Volgens de uitvinding kan een extra verwarming van het in het gasomloopsys-30 teem omlopende gas worden bereikt, doordat een warmtewisselaar voor de verwarming wordt gebruikt. Een verdere mogelijkheid bestaat uit het gebruik van extra verwarmingen in een of meerdere zones van de eerste gasleiding, bij voorkeur in de zone van de aansluiting op de ingangszijde van de reactiebuis.

7

[0045] In een bijzondere uitvoering van de werkwijze is erin voorzien, dat het na een bereiken van een gespecificeerde streeftemperatuur van de substraten en van een gespecificeerde druk de eerste gasomloop wordt uitgeschakeld en de reactiekamer aan de ingangs- en uitgangszijde wordt gesloten.

5 [0046] Wordt aan het einde van de opwarmfase een gespecificeerde temperatuur bereikt, dus bijvoorbeeld een eerste temperatuumiveau, waarop de substraten gedurende de periode van een eerste gespecificeerde reactietijd moeten worden gehouden, dan is het mogelijk om de zone van de reactiekamer af te sluiten, doordat een afsluiter aan de ingangs-zijde en een afsluiter aan de uitgangszijde wordt gesloten.

10 [0047] Na beëindiging van het reactieproces kunnen de afsluiters weer worden geo pend en kan de gasomloop in het eerste gasomloopsysteem worden gestart.

[0048] Na dit reactieproces kan alternatief voor het openen van de afsluiters ook een afzuigen van het procesgas uit de reactiebuis worden uitgevoerd.

[0049] In een uitvoeringsvariant van de werkwijze is erin voorzien, dat in een afkoelfa-15 se een eerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar de reactiekamer wordt toegevoerd en doordat een tweede gasomloop in een de reactiekamer omgevend buitenomhulsel wordt geproduceerd, doordat een gas in het buitenomhulsel door middel van een 20 tweede gasomloopsysteem uit het buitenomhulsel via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar het buitenomhulscl wordt toegevoerd.

[0050] Voor de verdere verbetering van de effectiviteit van de koeling tijdens een aikoelfase is erin voorzien om naast het eerste interne gasomloopsysteem een tweede extern gasomloopsysteem te gebruiken.

25 [0051] Beide gasomloopsystemen zijn voorzien van dienovereenkomstige middelen voor het koelen van het doorstromende gas en werken bij voorkeur op zodanige wijze, dat de gasstromingen in de diffusie-oven tegengesteld zijn. Terwijl de gasstroom in het binnenste van de reactiebuis van de ingangszijde van de reactiebuis naar de uitgangszijde daarvan verloopt stroomt het gas om de reactiebuis aan de buitenzijde heen, maar in het buitenomhul-30 sel van de uitgangszijde van de reactiebuis naar de ingangszijde van de reactiebuis. Deze gasbeweging in tegengestelde richting maakt een versnelling van de afkoelfase rekening houdend met een noodzakelijke temperatuurhomogeniteit speciaal in de zone van de substraten mogelijk.

8

[0052] In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een eerste koelinrichting en het in het tweede gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een tweede koelinrichting wordt gekoeld.

5 [0053] In een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is erin voorzien, dat een warmtewisselaar als koelinrichting wordt gebruikt.

[0054] Per gasomloopsysteem kan een koelinrichting voor het koelen van het doorstromende gas worden toegepast. Daarbij kan een dergelijke koelinrichting bijvoorbeeld uit een of meer warmtewisselaars zijn opgebouwd.

10 [0055] De uitvinding dient in het onderstaande aan de hand van een uitvoeringsvoor- bccld nader te worden tocgclicht. In de bijbehorende tekening toont: figuur 1 een difliisie-oven volgens de uitvinding in een langsdoorsnedeaibeelding met een binnenste en een buitenste gasomloopsysteem, 15 figuur 2 een verdere difïUsie-oven volgens de uitvinding met een gasomloopsysteem, figuur 3 een uitvoeringsvorm van een gasstroomverhitter en figuur 4 een deel van de gasleiding in een T-vorm, waarin de gasstroomverhitter is aangebracht.

20 [0056] De difiusie-oven in figuur 1 bestaat uit de reactiekamer 1, die door de reactie-buis 2 wordt omslotcn, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillende aan te sturen groepen 4.1, 4.2, 4.3 onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiebuis 2 heen zijn aangebracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezen op overeenkomstige wijze is geïsoleerd.

25 [0057] In de reactiekamer 1 zijn substraten 7 afzonderlijk of in de vorm van een uit meerdere substraten 7 bestaande substraatstapel aangebracht.

[0058] Tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3 van de diffusie-oven zijn de verwarmingselementen 4 op zodanige wijze aangebracht, dat deze door de verwarmingsstra-30 ling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 verwarmen. De beide einden van de reactiebuis 2 worden door de middelen voor het afsluiten van de reactiebuis 5 afgesloten. Verder omvat de reactiebuis een aansluiting aan de uitgangszijde 8 en aan de ingangszijde 9 voor de verbinding met een gasleiding.

9

[0059] Aan beide einde van het buitenomhulsel 3 zijn middelen voor het afsluiten 6 aangebracht, die eveneens steeds elk een aansluiting voor de aansluiting van een gasleiding omvatten.

[0060] Via een verdere, niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas in de reactieka-5 mer 1 worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer 1 verbonden met een vacuümpomp en kan een aansluiting voor het afVoeren van het reactiegas hebben. Deze kenmerken zijn eveneens niet afgebeeld.

[0061] Voor de versnelling volgens de uitvinding van de opwarm- en/of afkoelfase van een diflusiewerkwijze is de diffüsie-oven voorzien van een eerste en een tweede gasomloop- 10 systeem.

[0062] Het eerste gasomloopsystccm bestaat uit een eerste gasgclcidingsinrichting 12 en bijbehorende eerste gasleidingen 16, die de eerste gasgeleidingsinrichting 12 via de eerste gasleidingen 16 met de aansluiting van de ingangszijde 9 en de aansluiting van de uitgangszijde 8 van de reactiebuis 2 verbinden.

15 [0063] Dit gasomloopsysteem is een gesloten systeem, wordt ook als zogenaamd intem gasomloopsysteem aangeduid en is geschikt voor vacuüm gerealiseerd, dit wil zeggen een door de op de reactiebuis 2 aangesloten vacuümpomp geproduceerde onderdruk wordt ook door de gasomloop in het interne gasomloopsysteem niet nadelig beïnvloed. Het is zodanig geconstmeerd, dat de reactiebuis 2 in de langsrichting daarvan doorstroomd kan 20 worden.

[0064] In het bijzonder het eerste gasomloopsysteem is bovendien voorzien van afslui-terinrichtingen 18 voor het afsluiten van de reactiebuis 2, die in de zone van de aansluiting van de ingangszijde 9 en in de zone van de aansluiting van de uitgangszijde 8 van de reactiebuis 2 zijn aangebracht.

25 [0065] Het tweede gasomloopsysteem bestaat uit een tweede gasgeleidingsinrichting 13 en bijbehorende tweede gasleidingen 17, die de tweede gasgeleidingsinrichting 13 via de tweede gasleidingen 17 met de aansluiting van de ingangszijde 11 en de aansluiting van de uitgangszijde 10 van het buitenomhulsel 3 verbinden.

[0066] Het tweede gasomloopsysteem is eveneens een gesloten gasomloopsysteem, 30 waarbij het de ruimte tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3, dit wil zeggen aan de atmostèerzijde van de gasdiflusie-oven doorstroomt. Dit gasomloopsysteem is het zogenaamde externe gasomloopsysteem

[0067] Beide gasomloopsystemen kunnen ook steeds of meerdere koelinrichtingen, 10 bijvoorbeeld gerealiseerd als warmtewisselaars 14 en 15, omvatten.

10068] In een speciale uitvoering van de uitvinding kunnen deze warmtewisselaars 14 en 15 zowel voor het koelen als ook voor de verwarming van het doorstromende gas worden gebruikt.

5 [0069] Voor de versnelling van het opwarmproces in een opwarmfase is er volgens de uitvinding in voorzien, dat naast de gebruikelijke bijschakeling van de verwarmingselementen 4 een gasomloop in de langsrichting van de reactiebuis 2 wordt geproduceerd. Deze door het interne gasomloopsysteem geproduceerde gasstroom maakt een, ten opzichte van de gebruikelijke convectie, verbeterde gas- en warmteverdeling in de reactiekamer 1 mogelijk. Zo-10 doende worden de temperatuurverschillen zowel op een substraat als ook tussen verschillende naast elkaar aangebrachte substraten verbeterd.

[0070] De gasomloop van het interne gasomloopsysteem is zodanig gedimensioneerd, dat tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een temperatuurverschil ontstaat, dat binnen een vereist tolerantiebereik voor de homogeniteit van de substraattempe- 15 ratuur ligt. Zodoende wordt een reducering van de benodigde hoeveelheid tijd in de opwarmfase bereikt en gelijktijdig worden door temperatuurverschillen veroorzaakte spanningen van de substraten 7 vermeden.

[0071] Bovendien kan nog een in de zone van de gasleiding 16 aan de ingangszijde aangebrachte verwarming 20 worden bijgeschakeld, waarmee een verdere verwarming van 20 de doorgeleide gasstroom plaatsvindt.

[0072] Aan de ingangszijde en uitgangszijde zijn afsluiters 18 aangebracht, die aan het einde van de opwarmfase met het afschakelen van het interne gasomloopsysteem gesloten kunnen worden. Zodoende kan de reactiekamer 1 voor het invoeren van een procesgas worden afgesloten.

25 [0073] Optioneel bestaat in een verdere uitvoering de mogelijkheid om de warmtewisselaars 14 en/of 15 voor de verwarming van het doorstromende gas in de opwarmfase te gebruiken.

[0074] Voor de versnelling van het afkoelproces in een afkoelfase is er volgens de uitvinding in voorzien, dat na beëindiging van de reactieprocessen in de reactiekamer 1 de 30 afsluiters 18 worden geopend en de gasomloop in het interne gasomloopsysteem wordt gestart. Aan het begin van de afkoelfase is er optioneel in voorzien om door een bypass de in het interne gasomloopsysteem aangebrachte warmtewisselaar 14 te ontwijken. Door deze maatregel wordt bereikt, dat een vernieling van de warmtewisselaar 14 door aanvankelijk 11 zeer hoge temperaturen van het via de uitgangszijde 8 afgevoerde gas wordt vermeden en verder het vernielen van de substraten als gevolg van te grote temperatuurverschillen tussen substraat en in circulatie gebracht gas wordt verhinderd. Na het bereiken van een gespecificeerde temperatuur wordt de bypassfunctie opgeheven en de warmtewisselaar 14 voor de 5 verdere afkoeling van het omlopende gas gebruikt.

[0075] Het interne gasomloopsysteem, dat is voorzien van een gerichte temperatuurge-leiding/besturing, werkt op zodanige wijze, dat al naargelang specificaties voor de gastempe-raturen tussen de ingangszijde en de uitgangszijde van de reactiebuis 2 een zich instellend temperatuurverschil niet wordt overschreden. Zodoende wordt een maximaal acceptabele 10 aikoeltemperatuurgradiënt bereikt en worden spanningen in de substraten 7 vermeden.

[0076] Aanvullend op het interne gasomloopsysteem wordt het externe gasomloopsysteem gestart. Dit kan in de tijd gelijk of met een gespecificeerde verplaatsing in de tijd plaatsvinden.

[0077] Ook dit gasomloopsysteem bevat een warmtewisselaar 15, die een afkoeling 15 van het doorstromende gas realiseert. Door middel van dit externe systeem wordt een gas- stroom tussen de reactiebuis 2 en het buitenomhulsel 3 in de langsrichting van de reactiebuis 2 geproduceerd en deze zone gekoeld.

[0078] Bij voorkeur zijn de gasstroomrichtingen van het interne en van het externe gasomloopsysteem in de difïusie-oven tegengesteld. Terwijl het gas in de reactiebuis 2 aan de 20 ingangszijde 9 naar binnen en aan de uitgangszijde 8 naar buiten stroomt, stroomt het gas van het externe gasomloopsysteem aan de ingangszijde 11 van het buitenomhulsel 3 naar binnen en aan de uitgangszijde 10 van het buitenomhulsel 3 naar buiten. Door de tegengestelde gasrichting wordt de temperatuurhomogeniteit in de afkoelfase verbeterd en de benodigde hoeveelheid tijd gereduceerd.

25 [0079] De diffusie-oven 22 in de figuur 2 bestaat uit de reactiekamer 1, die wordt gevormd door een reactiebuis, meerdere verwarmingselementen 4, die in verschillende aanstuurbare groepen onderverdeeld kunnen zijn en om de reactiekamer heen zijn aangebracht alsmede het buitenomhulsel 3, dat voor het vermijden van warmteverliezen op overeenkomstige wijze is geïsoleerd.

30 [0080] In de reactiekamer 1 worden tijdens het bedrijf van de diffusie-oven substraten 7 afzonderlijk of in de vorm van een uit meerdere substraten 7 bestaande substraatstapcl aangebracht.

[0081] Tussen de de reactiekamer 1 vormende reactiebuis en het buitenomhulsel 3 van 12 de difïusie-oven 22 zijn de verwarmingselementen 4 op zodanige wijze aangebracht dat deze door de verwarmingsstraling daarvan de substraten 7 in de reactiekamer 1 verwarmen. De einden van de reactiekamer worden door de middelen voor het sluiten van de reactiekamer afgesloten. Deze hebben elk een aansluiting, die steeds met een daarbij behorende gasleiding 5 25 of 26 is verbonden.

[0082] Via een verdere niet afgebeelde aansluiting kan een reactiegas of reactiegas-mengsel in de reactiekamer worden ingevoerd. Bovendien is de reactiekamer verbonden met een vacuümpomp en kan een aansluiting voor het afVoeren van het reactiegas of reactiegas-mengsel hebben. Deze kenmerken zijn eveneens niet afgebeeld.

10 [0083] Zowel aan de uitgangszijde 23 als ook aan de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 is steeds een afsluiter 18 aangebracht. Door middel van deze afsluiters 18 wordt het gas in het gasomloopsysteem van het gas in de reactiekamer gescheiden. Dit is noodzakelijk in het geval, wanneer binnen een reactietijd een diflusieproces in de reactiekamer 1 dient te verlopen. Zodoende wordt een naar binnen dringen van een agressief reactiegas in het 15 gasomloopsysteem verhinderd.

[0084] De uitgangszijde 23 van de difïusie-oven 22 is door middel van de eerste gasleiding 25 met de ingangszijde van de gasgeleidingsinrichting 12 verbonden. Optioneel kan bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 een warmtewisselaar 14 in de eerste gasleiding 25 worden ingeschakeld, die voor de verdere afkoeling van het gas in het gasom- 20 loopsysteem en zodoende in de reactiekamer 1 wordt gebruikt.

[0085] De uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting 12 is door middel van de tweede gasleiding 26 met de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 verbonden.

[0086] In dit gasomloopsysteem wordt door middel van de gasgeleidingsinrichting 12 een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer 1 geproduceerd, waarbij speciaal de gasbe- 25 weging tussen de substraten 7 voor de verbetering van de temperatuurhomogeniteit op en tussen de substraten 7 zorgt.

[0087] Volgens de uitvinding is in een directe nabijheid van de ingangszijde 24 van de reactiekamer 1 de gasstroomverhitter 21 binnen het vacuümdichte gasomloopsysteem aangebracht.

30 [0088] Voor dit doel kan een deel van de tweede gasleiding 26, zoals in figuur 4 is afgebeeld, in de vorm van een T-stuk 31 worden uitgevoerd. De gasstroomverhitter 21 wordt dan in de opening 32 ingebracht en aan de flens van het T-stuk 31 vacuümdicht vastgeschroefd. Bij voorkeur stroomt het gas bij de tegenover de opening 32 liggende zijde naar 13 binnen en bij de over 90° gedraaide opening naar buiten.

10089] De gasstroomverhitter 21 bestaat, zoals in figuur 3 is afgebeeld, uit een elektro-aansluitkast 27, die een elektrische verbinding tussen een niet afgebeelde buitenste aansluit-leiding en de verwarmingselementen van de gasstroomverhitter 21 tot stand brengt, de 5 verwarmingselementen in de vorm van buisverwarmingslichamen 30, die parallel ten opzichte van elkaar zijn aangebracht, een vacuümflens 28, waarin de buisverwarmingslichamen 30 zijn bevestigd en die een vacuümdicht afsluiten van de gasleiding aan de opening 32 garandeert, en de stromingsgeleidingsplaten 29. Deze stabiliseren de buisverwarmingslichamen 30 in de gasstroomverhitter 21 en zorgen door op overeenkomstige wijze aangebrachte openingen in 10 de stromingsgeleidingsplaten 29 voor een spiraalvormige gasbeweging in de gasstroomverhitter 21.

10090] In een speciale realisering is de gasstroomverhitter 21 met een bundel aan buisverwarmingslichamen 30 met een totaal vermogen van 17 kW uitgevoerd. De verwar-mingslussen zijn in een vacuümflens DN 150 CF ingesoldeerd. De gasstroomverhitter 21 15 beschikt over een geïntegreerd thermo-element voor het bepalen van de werkelijke temperatuur. Door middel van een besturingsrelais worden in een driehoekschakeling drie verwar-mingskringen voorzien van een spanning van 400 V. De gasstroomverhitter 21 beschikt over een programmeerbare besturing, door middel waarvan deze in een afkoel- of opwarmfase van de difiusie-oven op overeenkomstige wijze wordt gestuurd.

20 [0091] De afsluiters 18 worden bijvoorbeeld in een afkoelfase van de substraten 7 na een eerste of tweede reactietijd geopend en de gasgeleidingsinrichting 12 bijgeschakeld. Zodoende wordt een gasstroom geproduceerd, waardoor het gas in de reactiekamer 1 aan de uitgangszijde 23 wordt afgezogen en via de ingangszijde 24 weer naar de reactiekamer 1 wordt toegevoerd. Op de baan van het gas via de afsluiter 18 aan de uitgangszijde 23, de 25 eerste gasleiding 25, de gasgeleidingsinrichting 12, de tweede gasleiding 26 en de afsluiter 18 aan de ingangszijde 24 wordt het gas afgekoeld. Deze afkoeling is speciaal aan het begin van de afkoelfase, als gevolg van de hoge temperatuur van het gas in de reactiekamer 1 van ongeveer 550° C en van het in tegenstelling hiermee niet verwarmde gasomloopsysteem te groot. Zodoende kan het voorgeschreven temperatuurverschil ΔΤ, waarbij de substraten 7 in 30 de kwaliteit niet nadelig worden beïnvloed, in geen geval worden gehandhaafd.

[0092] De verbeterde temperatuurgeleiding volgens de uitvinding wordt gerealiseerd, doordat het gas bij het doorstromen van de gasstroomverhitter 21, die bij voorkeur direct voor de ingangszijde 24 en in het gesloten gasomloopsysteem is aangebracht, aanvullend 14 wordt opgewarmd. Terwijl in de stand van de techniek de gasleiding 25 of 26 van de buitenzijde wordt opgewarmd en zodoende alleen de oppervlakte van de gasleiding 25 of 26 zelf warmte kan afgeven en zodoende het gas in het binnenste kan verwarmen, wordt door het inbrengen van de gasslroomverhitter 21 in het gesloten systeem de voor de warmlegeleiding 5 geschikte oppervlakte van het vcrwarmingssystcem vergroot, doordat de gasstroomverhitter 21 een veelvoud van langwerpige, parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte verwar-mingsstavcn omvat.

[0093] Omdat de verwarming van het doorstromende gas onder andere wezenlijk afhankelijk is van de voor de warmleafgifte geschikte oppervlakte van het verwarmingssys- 10 teem, wordt de effectiviteit door de oplossing volgens de uitvinding verbeterd.

[0094] Door middel van een besturingseenheid van de gasstroomverhitter 21, die van temperatuursensors aan de uitgang van de gasstroomverhitter 21 zelf en/of aan de ingangs-zijde 24 van de reactiekamer 1 is voorzien, wordt de gasstroomverhitter 21 zodanig gestuurd, dat het maximaal acceptabele temperatuurverschil ΔΤ wordt aangehouden. Een 15 verdere sensor kan ook de gastemperatuur aan de uitgangszijde 23 meten.

[0095] Zodoende kan dc temperatuur van het in dc reactiekamer 1 naar binnen stromende gas worden geregeld.

[0096] Tijdens de afkoelfase wordt door middel van de gasstroomverhitter 21 het doorstromende gas bijvoorbeeld aan het begin dienovereenkomstig sterk opgewarmd om te 20 voldoen aan de specificatie van het maximaal toelaatbare temperatuurverschil ΔΤ.

[0097] Vervolgens wordt het verwarmingvermogen van de gasstroomverhitter 21 bij een doorlopende bewaking van ΔΤ gereduceerd om een afkoelen van het gas in de reactiekamer 1 te bereiken.

[0098] De gasstroomverhitter 21 kan ook in een opwarmfase van de diffusie-oven 22, 25 waarin het gasomloopsystccm is bijgcschakcld, worden gebruikt voor dc extra verwarming van het doorstromende gas.

[0099] De gasstroomverhitter 21 is zodanig uitgevoerd, dat het gas niet op de kortste baan daar doorheen kan stromen, maar door meerdere op afstanden aangebrachte stro-mingsgeleidingsplaten een spiraalvormige baan door de gasstroomverhitter 21 moet afleggen.

30 [0100] Door deze vormgeving wordt de effectiviteit van de gasstroomverhitter 21 verhoogd en zodoende de gasverwarming verbeterd.

15

Verwiizingsciiferliist 1 reactiekamer 2 reactiebuis 5 3 buitenomhulsel 4 verwarmingselement 5 middelen voor het afsluiten van de reaetiebuis 6 middelen voor het afsluiten van het buitenomhulsel 7 substraat 10 8 aansluiting van de uitgangszij de van de reactiebuis 9 aansluiting van de ingangszij de van de reactiebuis 10 aansluiting van de uitgangszijde van het buitenomhulsel 11 aansluiting van de ingangszijde van het buitenomhulsel 12 eerste gasgeleidingsinrichting 15 13 tweede gasgeleidingsinrichting 14 eerste warmtewisselaar 15 tweede warmtewisselaar 16 gasleidingen van het eerste gasomloopsysteem 17 gasleidingen van het tweede gasomloopsysteem 20 18 afsluiter 19 bypass 20 verwarming 21 gasstroomverhitter 22 difïüsie-oven 25 23 uitgangszijde 24 ingangszijde 25 eerste gasleiding van het eerste gasomloopsysteem 26 tweede gasleiding van het eerste gasomloopsysteem 27 elektro-aansluitkast 30 28 vacuümflens 29 stromingsgeleidingsplaten 30 buisverwarmingslichaam 31 T-vormige gasleidingdeel 32 opening voor gasstroomverhitter 35

Claims (19)

1. Difïusie-oven bestaande uit een reactiekamer, die door een reactiebuis wordt omsloten, een buitenomhulsel, dat de reactiebuis omsluit, verwarmingselementen, die tussen de reactie-5 buis en het buitenomhulsel zijn aangebracht, middelen voor het afsluiten van de beide einden van de reactiebuis, middelen voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel, middelen voor het produceren van ccn vacuüm alsmede middelen voor het toevoeren van een reactiekamer of reactiegasmengsel in de reactiekamer, met het kenmerk, dat de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis (5) elk een aansluiting voor een 10 eerste gasleiding (16) omvatten, die met een eerste gasomloopsysteem zijn verbonden, en dat de middelen voor het afsluiten van beide einden van het buitenomhulsel (6) elk een aansluiting voor ccn tweede gasleiding (17) omvatten, die met ccn tweede gasomloopsysteem zijn verbonden.

2. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het eerste gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende eerste gasgeleidingsinrichting (12) bestaat, die door middel van eerste gasleidingen (16) met de aansluitingen (8 en 9) van de middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiebuis (2) zijn verbonden.

3. Inrichting volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat het tweede gasomloopsysteem uit een een gestuurde gasbeweging producerende tweede gasgeleidingsinrichting (13) bestaat, die door middel van twee gasleidingen (17) met de aansluitingen (10 en 11) van de middelen voor het afsluiten van beide einde van het buitenomhulsel (3) zijn verbonden.

4. Inrichting volgens een van de conclusies 2 of 3 met het kenmerk, dat de gasomloop-systemen steeds ten minste een koelinrichting bevatten.

5. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de koelinrichting een warmtewisselaar (14 of 15) is. 30

6. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat het gasomloopsysteem een afsluiter (18) aan de ingangszijde en een afsluiter (18) aan de uitgangszijde voor het afsluiten van het gasomloopsysteem omvat.

7. Inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk, dat de gasomloopsystemen een om de koelinrichting of de koelinrichtingen heen gaande bypass (19) omvatten.

8. Inrichting volgens conclusie 2 met het kenmerk, dat de gasomloopsystemen een verwarming (20) omvatten. 10

9. Difiusie-oven, omvattend een reactiekamer met middelen voor het afsluiten van beide einden van de reactiekamer, die steeds een aansluiting voor een gasleiding omvatten en een gasomloopsysteem, waarbij het middel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een uitgangszijde door middel van een eerste gasleiding met een ingangszijde van een 15 gasgeleidingsinrichting voor het produceren van een gestuurde gasbeweging in de reactiekamer en een uitgangszijde van de gasgeleidingsinrichting door middel van een tweede gasleiding met het middel voor het afsluiten van het einde van de reactiekamer aan een ingangszijde is verbonden, met het kenmerk, dat in één van de gasleidingen een gasstroomverhitter (21) is aangebracht. 20

10. Inrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat de gasstroomverhitter (21) middelen voor de gerichte geleiding van de gasstroom omvat.

11. Inrichting volgens conclusie 10 met het kenmerk, dat de middelen voor de gerichte 25 geleiding van de gasstroom stromingsgeleidingsplaten zijn.

12. Inrichting volgens conclusie 11 met het kenmerk, dat de stromingsgeleidingsplaten zodanig zijn uitgevoerd, dat deze een spiraalvormige beweging van het doorstromende gas door de gasstroomverhitter (21) afdwingen. 30

13. Inrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk, dat de gasstroomverhitter (21) meerdere staafvormige en parallel ten opzichte van elkaar aangebrachte buisverwarmingsli-chamen omvat.

14. Werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een diffusie-oven ingebrachte substraten, waarbij in een opwarmfase de substraten in de reactiekamer door verwarmingselementen wrorden verwarmd en waarbij een eerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een 5 eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar de reactiekamer wordt toegevoerd.

15. Werkwijze volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat een extra verwarming van het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas plaatsvindt. 10

16. Werkwijze volgens conclusie 14 met het kenmerk, dat na een bereiken van een gespecificeerde streeftemperatuur van de substraten en van een gespecificeerde druk de eerste gasomloop wordt afgeschakeld en de reactiekamer aan de ingangs- en uitgangszijde wordt afgesloten. 15

17. Werkwijze voor de temperatuurgeleiding van in een reactiekamer van een dififusie-oven ingebrachte substraten met het kenmerk, dat in een afkoelfase een eerste gasomloop in de reactiekamer wordt geproduceerd, doordat een gas in de reactiekamer door middel van een eerste gasomloopsysteem uit de reactiekamer via een uitgangszijde wordt afgezogen en 20 via een ingangszijde weer naar de reactiekamer wordt toegevoerd en dat een tweede gasomloop in een de reactiekamer omgevend buitenomhulsel wordt geproduceerd, doordat een gas in het buitenomhulsel door middel van een tweede gasomloopsysteem uit het buitenomhulsel via een uitgangszijde wordt afgezogen en via een ingangszijde weer naar het buitenomhulsel wordt toegevoerd. 25

18. Werkwijze volgens conclusie 17 met het kenmerk, dat het in het eerste gasomloopsysteem omlopende gas in eerste instantie door middel van een verwarmingsinrichting aanvullend wordt opgewarmd en later door middel van een eerste koelinrichting wordt gekoeld en het in het tweede gasomloopsysteem omlopende gas door middel van een tweede koelin- 30 richting wordt gekoeld.

19. Werkwijze volgens conclusie 18 met het kenmerk, dat een warmtewisselaar als koelinrichting wordt gebruikt.